Diepgaande analyse van het precisieniveau en de vereisten voor bewerkingsnauwkeurigheid voor belangrijke onderdelen van CNC-bewerkingsmachines
In de moderne productie zijn CNC-bewerkingsmachines de kernapparatuur geworden voor de productie van diverse precisieonderdelen dankzij hun hoge precisie, hoge efficiëntie en hoge mate van automatisering. De nauwkeurigheid van CNC-bewerkingsmachines bepaalt direct de kwaliteit en complexiteit van de onderdelen die ze kunnen bewerken. De vereisten voor de bewerkingsnauwkeurigheid van belangrijke onderdelen spelen een doorslaggevende rol bij de keuze van CNC-bewerkingsmachines.
CNC-bewerkingsmachines kunnen worden ingedeeld in verschillende typen op basis van hun gebruik, waaronder eenvoudig, volledig functioneel, ultraprecies, enz. Elk type kan verschillende nauwkeurigheidsniveaus bereiken. Eenvoudige CNC-bewerkingsmachines worden nog steeds gebruikt in sommige draaibanken en freesmachines, met een minimale bewegingsresolutie van 0,01 mm en een bewegings- en bewerkingsnauwkeurigheid van meestal meer dan (0,03-0,05) mm. Dit type bewerkingsmachine is geschikt voor bepaalde bewerkingstaken met relatief lage precisie-eisen.
CNC-bewerkingsmachines met ultrahoge precisie worden voornamelijk gebruikt in speciale bewerkingsgebieden en hun nauwkeurigheid kan verbluffende niveaus van minder dan 0,001 mm bereiken. Deze ultraprecieze bewerkingsmachine kan uiterst precieze onderdelen produceren en voldoet aan de strenge eisen van zeer nauwkeurige en geavanceerde industrieën zoals de lucht- en ruimtevaart en medische apparatuur.
Naast classificatie op basis van doel kunnen CNC-bewerkingsmachines ook worden ingedeeld in gewone en precisietypen op basis van nauwkeurigheid. Bij het testen van de nauwkeurigheid van CNC-bewerkingsmachines zijn meestal 20-30 items betrokken. De meest representatieve en karakteristieke items omvatten echter voornamelijk de positioneringsnauwkeurigheid van één as, de herhaalde positioneringsnauwkeurigheid van één as en de rondheid van het teststuk dat door twee of meer gekoppelde bewerkingsassen wordt geproduceerd.
De positioneringsnauwkeurigheid van één as verwijst naar het foutbereik bij het positioneren van een punt binnen de asslag en is een belangrijke indicator die direct de bewerkingsnauwkeurigheid van de bewerkingsmachine weergeeft. Momenteel zijn er bepaalde verschillen in de regelgeving, definities, meetmethoden en gegevensverwerkingsmethoden van deze indicator tussen landen wereldwijd. Bij de introductie van voorbeeldgegevens voor verschillende typen CNC-bewerkingsmachines zijn de volgende standaarden gangbaar: de American Standard (NAS), de aanbevolen normen van de American Machine Tool Manufacturers Association, de Duitse standaard (VDI), de Japanse standaard (JIS), de International Organization for Standardization (ISO) en de Chinese nationale standaard (GB).
Opgemerkt moet worden dat van deze normen de Japanse norm de laagste specificeert. De meetmethode is gebaseerd op een enkele set stabiele gegevens, waarna de foutwaarde wordt gehalveerd door een ±-waarde te nemen. Daarom verschilt de positioneringsnauwkeurigheid die wordt gemeten met Japanse standaardmeetmethoden vaak meer dan twee keer in vergelijking met resultaten die zijn gemeten met andere normen. Andere normen, hoewel verschillend in gegevensverwerking, volgen echter allemaal de wet van de foutenstatistiek om de meet- en positioneringsnauwkeurigheid te analyseren. Dit betekent dat voor een bepaalde positioneringspuntfout in een regelbare asslag van een CNC-bewerkingsmachine, deze de foutsituatie van duizenden positioneringstijden tijdens langdurig gebruik van de bewerkingsmachine moet weerspiegelen. Bij daadwerkelijke meting kan echter, vanwege beperkingen in de omstandigheden, slechts een beperkt aantal metingen worden uitgevoerd (meestal 5-7 keer).
De herhaalde positioneringsnauwkeurigheid van één as weerspiegelt de volledige nauwkeurigheid van elk bewegend onderdeel van de as, met name voor de positioneringsstabiliteit van de as op elk positioneringspunt binnen de slag, wat van groot belang is. Het is een basisindicator om te meten of de as stabiel en betrouwbaar kan werken. In moderne CNC-systemen beschikt de software doorgaans over uitgebreide foutcompensatiefuncties, die de systeemfouten van elke schakel in de voedingstransmissieketen stabiel kunnen compenseren.
Zo zullen de speling, elastische vervorming en contactstijfheid van elke schakel in de transmissieketen verschillende momentane bewegingen vertonen, afhankelijk van factoren zoals de belasting van de werkbank, de lengte van de bewegingsafstand en de snelheid van de bewegingspositionering. In sommige open-loop en semi-gesloten-loop servosystemen worden de mechanische aandrijfcomponenten na het meten van de componenten beïnvloed door verschillende toevallige factoren, wat resulteert in aanzienlijke toevallige fouten. Zo kan thermische uitrekking van kogelomloopspindels een drift veroorzaken in de werkelijke positioneringspositie van de werkbank.
Om de nauwkeurigheid van CNC-bewerkingsmachines uitgebreid te evalueren, is het, naast de bovengenoemde enkelassige nauwkeurigheidsindicatoren, ook cruciaal om de nauwkeurigheid van bewerkingen met meerassige koppelingen te evalueren. De precisie van het frezen van cilindrische oppervlakken of het frezen van ruimtelijke spiraalgroeven (schroefdraad) is een indicator die de servovolgende bewegingskarakteristieken van CNC-assen (twee of drie assen) en de interpolatiefunctie van CNC-systemen in bewerkingsmachines uitgebreid kan evalueren. De gebruikelijke beoordelingsmethode is het meten van de rondheid van het bewerkte cilindrische oppervlak.
Bij het proeffrezen van CNC-bewerkingsmachines is het frezen van de schuine vierkante vierzijdige bewerkingsmethode ook een effectieve manier om de nauwkeurigheid van twee regelbare assen in lineaire interpolatiebewegingen te evalueren. Tijdens deze proeffrezen wordt de frees die voor precisiebewerking wordt gebruikt, op de spindel van de bewerkingsmachine geïnstalleerd en wordt het ronde proefstuk dat op de werkbank is geplaatst, gefreesd. Voor kleine en middelgrote bewerkingsmachines worden ronde proefstukken over het algemeen geselecteerd binnen het bereik van ¥ 200 tot ¥ 300. Na het frezen plaatst u het proefstuk op een rondheidsmeter en meet u de rondheid van het bewerkte oppervlak.
Door de bewerkingsresultaten te observeren en analyseren, kan veel belangrijke informatie over de nauwkeurigheid en prestaties van bewerkingsmachines worden verkregen. Duidelijke trillingspatronen van de frees op het gefreesde cilindrische oppervlak weerspiegelen de onstabiele interpolatiesnelheid van de bewerkingsmachine. Een significante elliptische fout in de rondheid die door het frezen wordt geproduceerd, geeft aan dat de versterkingen van de twee regelbare assystemen voor de interpolatiebeweging niet overeenkomen. Als er op een cirkelvormig oppervlak stopmarkeringen zijn op de punten waar elke regelbare as van richting verandert (d.w.z. bij continue snijbewegingen, als de toevoerbeweging op een bepaalde positie stopt, vormt het gereedschap een klein deel van de metaalsnijmarkeringen op het bewerkingsoppervlak), geeft dit aan dat de voorwaartse en achterwaartse speling van de as niet correct is afgesteld.
Het beoordelen van de nauwkeurigheid van CNC-bewerkingsmachines is een complex en moeilijk proces, en sommige vereisen zelfs een nauwkeurige evaluatie nadat de bewerking is voltooid. Dit komt doordat de nauwkeurigheid van bewerkingsmachines wordt beïnvloed door een combinatie van verschillende factoren, waaronder het structurele ontwerp van de machine, de productienauwkeurigheid van componenten, de assemblagekwaliteit, de prestaties van besturingssystemen en de omgevingsomstandigheden tijdens het bewerkingsproces.
Wat betreft het structurele ontwerp van gereedschapsmachines, kunnen een verstandige structurele lay-out en een stijf ontwerp trillingen en vervorming tijdens het bewerkingsproces effectief verminderen en zo de bewerkingsnauwkeurigheid verbeteren. Het gebruik van hoogwaardige bedmaterialen, geoptimaliseerde kolom- en dwarsbalkconstructies, enz. kan bijvoorbeeld de algehele stabiliteit van de gereedschapsmachine verbeteren.
De productienauwkeurigheid van componenten speelt ook een fundamentele rol in de nauwkeurigheid van gereedschapsmachines. De nauwkeurigheid van belangrijke componenten zoals kogelomloopspindels, lineaire geleidingen en spindels bepaalt direct de bewegingsnauwkeurigheid van elke bewegingsas van de gereedschapsmachine. Hoogwaardige kogelomloopspindels zorgen voor een nauwkeurige lineaire beweging, terwijl uiterst nauwkeurige lineaire geleidingen zorgen voor een soepele geleiding.
De assemblagekwaliteit is ook een belangrijke factor die de nauwkeurigheid van werktuigmachines beïnvloedt. Tijdens het assemblageproces van de werktuigmachine is het noodzakelijk om parameters zoals pasnauwkeurigheid, parallelliteit en verticaliteit tussen verschillende componenten strikt te controleren om de nauwkeurige bewegingsrelatie tussen de bewegende delen van de werktuigmachine tijdens bedrijf te garanderen.
De prestaties van het besturingssysteem zijn cruciaal voor de nauwkeurigheid van bewerkingsmachines. Geavanceerde CNC-systemen kunnen een nauwkeurigere positieregeling, snelheidsregeling en interpolatiebewerkingen realiseren, waardoor de bewerkingsnauwkeurigheid van bewerkingsmachines wordt verbeterd. De foutcompensatiefunctie van het CNC-systeem kan daarnaast realtime compensatie bieden voor diverse fouten van de bewerkingsmachine, wat de bewerkingsnauwkeurigheid verder verbetert.
De omgevingsomstandigheden tijdens het bewerkingsproces kunnen ook van invloed zijn op de nauwkeurigheid van de machine. Veranderingen in temperatuur en vochtigheid kunnen thermische uitzetting en krimp van machineonderdelen veroorzaken, wat de bewerkingsnauwkeurigheid beïnvloedt. Daarom is het bij zeer nauwkeurige bewerkingen meestal noodzakelijk om de bewerkingsomgeving strikt te controleren en een constante temperatuur en vochtigheid te handhaven.
Kortom, de nauwkeurigheid van CNC-bewerkingsmachines is een uitgebreide indicator die wordt beïnvloed door de interactie van talloze factoren. Bij de keuze van een CNC-bewerkingsmachine moet rekening worden gehouden met factoren zoals het type bewerkingsmachine, het nauwkeurigheidsniveau, technische parameters, evenals de reputatie en aftersalesservice van de fabrikant, gebaseerd op de vereisten voor de bewerkingsnauwkeurigheid van de onderdelen. Tegelijkertijd moeten tijdens het gebruik van de bewerkingsmachine regelmatig nauwkeurigheidstests en onderhoud worden uitgevoerd om problemen snel te identificeren en op te lossen, ervoor te zorgen dat de bewerkingsmachine altijd een goede nauwkeurigheid behoudt en betrouwbare garanties biedt voor de productie van hoogwaardige onderdelen.
Met de voortdurende technologische vooruitgang en de snelle ontwikkeling van de productie, nemen de eisen aan de nauwkeurigheid van CNC-bewerkingsmachines ook voortdurend toe. Fabrikanten van CNC-bewerkingsmachines doen voortdurend onderzoek en innovatie en passen geavanceerdere technologieën en processen toe om de nauwkeurigheid en prestaties van bewerkingsmachines te verbeteren. Tegelijkertijd worden relevante industrienormen en -specificaties voortdurend verbeterd, wat een meer wetenschappelijke en uniforme basis biedt voor de nauwkeurigheidsevaluatie en kwaliteitscontrole van CNC-bewerkingsmachines.
In de toekomst zullen CNC-bewerkingsmachines zich ontwikkelen naar hogere precisie, efficiëntie en automatisering, wat de transformatie en modernisering van de maakindustrie sterker zal ondersteunen. Voor productiebedrijven zal een diepgaand begrip van de precisie-eigenschappen van CNC-bewerkingsmachines en een verstandige selectie en gebruik van CNC-bewerkingsmachines de sleutel zijn tot het verbeteren van de productkwaliteit en het versterken van het concurrentievermogen.